CN1303137A - 介电滤波器、介电双工器以及包含它们的通信设备 - Google Patents

Abstract

介电滤波器和介电双工器具有在谐振器之间耦合的结构,能拓宽确定谐振器间耦合强度的范围和改变耦合极性。此外,能提供包含介电滤波器和介电双工器的通信设备。在介电部件内部,布置形成在其内表面上的具有谐振线的谐振线孔。每个谐振线孔的两端是开路的。每个谐振线孔的内直径在每个谐振线纵向的某个点上被改变,形成台阶部分。

Description

介电滤波器、介电双工器 以及包含它们的通信设备

本发明涉及介电滤波器、介电双工器以及包含它们的通信设备。通常，作为在微型带(micro band)中使用的带通滤波器，同轴复合介电滤波器是已知的，通过在介电块内布置多个具有形成在其内表面上的谐振线的谐振线孔并在介电块的外表面上形成外导体形成同轴复合介电滤波器。

特别地，日本未审查的专利申请公开No.2-92001公开了一种介电滤波器，其中，每个谐振线孔的内直径在每个谐振线孔轴向的一个位置上被改变，形成台阶部分。

具有通过改变每个谐振线孔的内直径而形成的台阶部分的传统介电滤波器的例子在图13中示出。图13示出了介电滤波器的透视图，其中，上表面是介电滤波器安装在电路板上时所使用的表面。在该图中，参考数字1表示矩形-平行管介电块，在其内部形成谐振线孔2a和2b。谐振线孔2a和2b是穿透介电块1的两个基本平行相对表面的通孔。每个通孔的内直径在孔轴向的一个特定位置上被改变，形成台阶部分。在每个谐振线孔2a和2b的内表面上安置内导体，形成谐振线。此外，除了介电块1的谐振线孔2a和2b的开路表面的其中之一以外，在五个表面上布置外导体3。在介电块1的外表面上，形成与外导体3隔开的端电极4a和4b。在端电极4a和4b及谐振线开路端部附近的部件之间形成电容，实现电容耦合。

以这种方式，在介电块1中，每个谐振线孔的一个开放面是短路面，其另一个开放面是开路面，构成1/4-波长谐振器。

在以上介电滤波器中，在保持每个谐振线孔的轴向长度固定的同时，每个由谐振线孔形成的谐振元件的谐振频率能具有期望的频率平衡。

但是，尽管能通过改变轴向上台阶部分的位置来调整相邻谐振器之间的电容耦合强度，但在从电容耦合到电感耦合的范围内定义耦合是不可能的，即改变耦合的极性是不可能的。

因此，本发明的目的是提供在谐振器之间具有耦合结构的介电滤波器和介电双工器，其中，定义耦合强度的的范围变宽，并且能改变耦合的极性。本发明的另一个目的是提供一种包含介电滤波器和介电双工器之一的通信设备。

根据本发明的第一方面，提供一种介电滤波器，所述滤波器包括多个布置在介电基片上表面或介电块内、彼此基本平行的谐振线，以及形成在介电基片下表面上或介电块外表面上的外导体。在介电滤波器中，多个谐振线中每个谐振线的两个端部或其两个端部附近的部分是开路的，至少其中一个谐振线的宽度尺寸在谐振线纵向上的至少一个位置上被改变，形成台阶部分。

根据本发明的第二方面，提供一种介电双工器，所述介电双工器包括形成在单个介电盘上或单个介电块内部用作每个发送侧滤波器和接收侧滤波器的上述介电滤波器，与发送侧滤波器的第一级谐振线耦合的信号发送输入端，与接收侧滤波器的最末级谐振线耦合的信号接收输出端，以及分别与发送侧滤波器的最末级谐振线和接收侧滤波器的第一级谐振线耦合的天线端。

此外，根据本发明的第三方面，提供一种包括介电滤波器和介电双工器之一的通信设备，所述介电滤波器和介电双工器可用作在高频电路单元中发送/接收信号的滤波器或双工器。

图1A和1B是根据本发明第一实施例的介电滤波器的结构视图；

图2A、2B和2C是根据本发明第二实施例的介电滤波器的结构视图；

图3A、3B和3C是根据本发明第三实施例的介电滤波器的结构视图；

图4A、4B和4C是根据本发明第四实施例的介电滤波器的结构视图；

图5A、5B和5C是根据本发明第五实施例的介电滤波器的结构视图；

图6A、6B和6C是根据本发明第六实施例的介电滤波器的结构视图；

图7A、7B和7C是根据本发明第七实施例的介电双工器的结构视图；

图8A、8B和8C是根据本发明第八实施例的介电双工器的结构视图；

图9A、9B和9C是根据本发明第九实施例的介电双工器的结构视图；

图10是根据本发明第十实施例的介电滤波器的结构视图；

图11是根据本发明第十一实施例的通信设备的结构视图；

图12是台阶部分的位置和半波长谐振器即1/4-波长谐振器的耦合系数之间的关系曲线；

图13是传统介电滤波器的结构例视图。

参考图1A和1B说明本发明第一实施例所述介电滤波器的结构。

图1A示出了介电滤波器的透视图，其中，上表面安装在电路板上。图1B示出了沿平行于被安装的表面所取的截面图。在该图中，参考数字1表示矩形-平行管的介电块，在块内形成谐振线孔2a和2b。谐振线孔2a和2b是穿透介电块1的两个基本平行相对表面的通孔。每个谐振线孔2a和2b的内直径在孔轴向的特定位置上被改变，形成台阶部分。下文中，小内直径部分称为“小直径部分”，大内直径部分称为“大直径部分”。通过将内导体放置在谐振线孔2a和2b的内表面上，形成谐振线5a和5b。此外，在除介电块1的谐振线孔2a和2b的两个端面以外的四个表面上形成外导体3。在介电块1的外表面上，形成于外导体3隔开的端电极4a和4b。端电极4a和4b以及谐振线5a和5b一侧开路端附近的部分形成电容，实现其间的电容耦合。

以这种方式，由介电块的介电材料、放置在介电块中的谐振线5a和5b以及外导体3形成两个半波长谐振器。

图12示出了台阶部分的位置和半波长谐振器和传统1/4-波长谐振器的谐振器之间耦合系数之间的关系，半波长谐振器由具有图1A和1B所示的台阶部分的谐振线形成(下文称为“台阶位置”)，传统1/4-波长谐振器由具有图13所示台阶部分的谐振线形成。在这种情况下，台阶的位置由小直径部分的长度表示，两个谐振线孔的小直径部分的长度设成相等的。

在传统1/4-波长谐振器中，当从短路面附近到开路面附近顺序改变台阶位置时，更靠近开路端部分的特性阻抗和更靠近短路端部分的特性阻抗相对变化，从而谐振器之间的耦合系数改变。但是，这种变化总是涉及电容耦合。

相反，在图1A和1B所示的半波长谐振器中，每个谐振线两端附近是开路端，每个线的中心附近是等价的短路端。因此，当以逐渐增大小直径长度的方式逐渐改变台阶位置时，开路端附近部分的特性阻抗和短路端附近的特性阻抗之间的相对变化在正负极性范围内改变。即，当小直径部分的长度比大直径部分的长度短时，出现电感耦合(L耦合)。当小直径部分的长度比大直径部分的长度长时，出现电容耦合(C耦合)。根据这种布局，大大提高了设计的自由度。

接着，参考图2A至2C示出本发明第二实施例的介电滤波器的结构。

图2A示出了介电滤波器的后视图，图2B示出了沿平行于介电滤波器的被安装表面的一个表面所取的截面图，图2C示出了介电滤波器的前视图。与图1A和1B所示的例子不同，外导体3也形成在谐振线孔2a和2b的两个开放面上。在开放面附近的谐振线孔内，形成无电极的部分g，从而在每个无电极部分g处产生杂散电容。这种布置提供了一种结构，在这种结构中，电容连接在每个谐振线5a和5b的两端以及地之间。结果，两个谐振器形成电磁场耦合。

图3A、3B和3C示出了本发明第三实施例所述介电滤波器的结构图。图3A是介电滤波器的后视图，图3B是沿平行于将被安装的表面的一个表面所取的截面图，图3C是介电滤波器的前视图。与图1A和1B所示的例子不同，谐振线孔2b在其轴向的两个位置上有台阶部分。以这种方式，通过加宽谐振线孔2b两个开路端部附近的内直径，降低谐振线5b的谐振频率，增强谐振器之间的电容耦合。

图4A、4B和4C示出了本发明第四实施例所述介电滤波器的结构图。图4A是介电滤波器的后视图，图4B是沿平行于将被安装的表面的一个表面所取的截面图，图4C是介电滤波器的前视图。

在该例中，在每个谐振线孔2a和2b的两个开放面上形成从谐振线5a和5b延伸的耦合电极6a和7a以及耦合电极6b和7b。在耦合电极6a和6b之间产生电容，也在耦合电极7a和7b之间产生电容。根据这种结构，增大两个谐振器之间的电容耦合。

而且，在图4A至4C所示的实施例中，谐振线孔2a的内直径通过两个阶段变化。根据该结构，由于减小了耦合系数相对于台阶位置的变化量，获得了优点，优点是能减小由于改变介电块结构上的准确度而引起的耦合强度的变化。

图5A、5B和5C示出了本发明第五实施例所述介电滤波器的结构图。在该实施例中，在每个谐振线孔2a和2b的开放面上放置外导体3。在开放面附近的谐振线孔2a和2b的内表面上形成无电极部分g。在其另一个开放面上，不放置外导体3，使得另一个开放面是开路的。

以这种方式，当每个谐振线孔的开放面之一是开路端时，在其另一个开放面上形成杂散电容，类似地，谐振线充当半波长谐振器。

此外，作为另一个实施例，在每个谐振线孔的开放面之一上，可以形成图4A至4C中所示的耦合电极，可以在谐振线孔的另一个开放面附近形成无电极部分产生的杂散电容。

图6A、6B和6C示出了根据本发明第六实施例的介电滤波器的结构图。图6A是介电滤波器的后视图，图6B是沿平行于将被安装的表面的一个表面所取的截面图，图6C是介电滤波器的前视图。

在该实施例中，在介电块1内部，放置三个谐振线孔2a、2b和2c。每个谐振线孔2a、2b和2c的开放面之一是开路端，无电极部分g放置在另一个开放面附近。以相邻谐振线孔的开路面侧和无电极部分侧彼此相对的方式交替改变谐振线孔2a、2b和2c的方向。该结构增大了谐振器间间距的自由等级。例如，可能使谐振线孔2a和2c的大直径部分接近谐振线孔2b的小直径部分，以缩小谐振线孔2a、2b和2c的中轴之间的间隙，即谐振器之间的间距。此外，还有一个优点，能从每个谐振线孔的两个开放面的每个方向实现由切割无电极部分g所执行的特性调整。

在图6A、6B和6C中，在介电块1的外表面上，形成端电极，在端电极和谐振线5a和5c的无电极部分g附近部分之间产生电容。这些端电极用作输入端和输出端。根据这种结构，能获得由三个谐振器形成显示带通特性的介电滤波器。

接着，作为第七实施例，参考图7A、7B和7C示出一例介电双工器。

图7A是介电滤波器的后视图，图7B是沿平行于将被安装电路板的一个表面所取的截面图，图7C是介电滤波器的前视图。在介电块1内部，形成谐振线孔2a至2f。改变每个谐振线孔2a至2f特定部分的直径，在每个谐振线孔的开放面附近放置无电极部分g。在介电块1的六个外表面上，形成外导体3。此外，在介电块1的一些外表面上形成端电极8、9和10。端电极8和9在它们和谐振线孔2a和2f的一侧开路端附近的部分之间产生电容。此外，形成端电极9，在电极9和谐振线孔2c和2d的一侧开路端附近的部分之间产生电容。

以这种方式，由谐振器线孔2a、2b和2c形成的三个谐振器组成具有带通滤波器特性的发送侧滤波器。此外，类似地，由谐振器线孔2d、2e和2f形成的三个谐振器组成具有带通滤波器特性的接收侧滤波器。端电极8用作Tx端，端电极9用作ANT端，端电极10用作Rx端。

图8A、8B和8C示出了根据本发明第八实施例的介电双工器的结构图。图8A是介电双工器的后视图，图8B是沿平行于将被安装电路板的一个表面所取的截面图，图8C是介电双工器的前视图。在该实施例中，在介电块1内部，除了谐振线孔2a至2f以外，形成耦合线孔11。耦合线孔11与由相邻谐振线孔2c和2d形成的谐振器耦合。在耦合线孔11的其中一个开放面上，形成从耦合线孔11的内表面电极延续的端电极9。每个谐振线孔2a至2f的开放面之一放置在其另一个开放面附近。

在介电块的外表面上，形成端电极8，在端电极8和谐振线孔2a的无电极部分处开放的开路端附近的一个部分之间产生电容，形成端电极10，在端电极10和谐振线孔2f的其中一个开路端附近的一个部分之间产生电容。

以这种方式，由谐振线孔2a、2b和2d形成的三个谐振器组成具有带通滤波器特性的发送侧滤波器。类似地，由谐振线孔2d、2e和2f形成的三个谐振器组成具有带通滤波器特性的接收侧滤波器。端电极8用作Tx端，端电极9用作ANT端，端电极10用作Rx端。

图9A、9B3和9C示出了根据本发明第九实施例的介电双工器的结构图。图9A是介电双工器的后视图，图9B是沿穿透介电块1内部谐振线孔和耦合线孔的一个表面所取的截面图，图9C是介电双工器的前视图。在该实施例中，在介电块1内部，形成谐振线孔2a至2f以及耦合线孔11和13。每个谐振线孔2a至2f的开放面是开路端。耦合线孔11至13的一侧开放面是开路端，而在其另一侧，形成从孔11至13的内表面电极延续的端电极8、9和10。

耦合线孔11与相邻的线孔2c和2d耦合。谐振线孔12的内电极与相邻的谐振线孔2a和2b的谐振线耦合。此外，耦合线孔13的内电极与相邻谐振线孔2e和2f的谐振线耦合。在该实施例中，由谐振线孔2a和2f形成的谐振器用作陷波谐振器。由谐振线孔2b和2c形成的两个谐振器用作发送侧滤波器。由谐振线孔2d和2e形成的两个谐振器用作接收侧滤波器。由谐振线孔2a形成的陷波谐振器的谐振频率设为接收带内的一个频率或邻近接收带的一个频率。由谐振线孔2f形成的陷波谐振器的谐振频率设为发送带内的一个频率或邻近发送带的一个频率。端电极8用作Tx端，端电极9用作ANT端，端电极10用作Rx端。

接着，参考图10说明本发明第十实施例的介电滤波器的结构。在上述每个实施例中，在介电块的内部，放置谐振线。但是，通过在介电盘上形成谐振线构成介电滤波器也是可能的。这种情况应用到第十实施例。

在图10中，参考数字21表示介电盘。在介电盘21的上表面，形成谐振线5a和5b。谐振线5a和5b的宽度在谐振线5a和5b纵向的特定位置上被改变，形成台阶部分。在介电盘21的上表面和其平行于谐振线5a和5b的侧表面上形成外导体3。此外，在介电块1的外表面上，形成与外导体3隔离的端电极4a和4b。这些端电极4a和4b形成它们和谐振线5a和5b的一侧开路端附近部分之间的电容，实现电容耦合。

以这种方式，介电盘21、谐振线5a和5b以及外导体3构成两个半波长谐振器。

在图10中，将图1A和1B所示结构的介电滤波器修改未使用介电盘的介电滤波器。类似地，图2至9所示的任何一种介电滤波器和介电双工器都可以修改为包含介电盘的滤波器和双工器。

下面，参考图11说明本发明第十一实施例的通信设备的结构。

在该图中，参考字符ANT表示发送/接收天线，参考字符DPX表示双工器，参考字符BPFa、BPFb和BPFc表示带通滤波器，参考字符AMPa和AMPb表示放大电路，参考字符MIXa和MIXb表示混频器，参考字符OSC表示振荡器，参考字符DIV表示分频器(合成器)。MIXa通过调制信号调制从DIV输出的频率信号。BPFa仅通过发送频率带的信号，AMPa功率放大该信号，经DPX从ANT发送。BPFb仅通过从DPX输出的信号中接收频率的信号，AMPb放大该通过的信号。MIXb将从BPFc输出的频率信号和接收到的信号混合，输出中频信号IF。

如图11所示的双工器DPX，使用具有图7至9中每个图所示结构的双工器。此外，作为带通滤波器BPFa、BPFb和BPFc，使用具有图1A至6C和图10所示结构的介电滤波器。

根据本发明，由于能在宽范围内设定耦合强度，在所述范围内，谐振线之间耦合的极性改变，能增加设计的自由度，结果能容易制造具有期望特性的介电滤波器。

此外，利用单个介电块，能形成具有发送侧滤波器和接收侧滤波器的期望滤波器特性的天线双工器。

此外，利用具有期望滤波器特性的介电滤波器或介电双工器，能得到显示良好高频电路特性的通信设备。

尽管以上描述了本发明的最佳实施例，但可以理解，本领域的技术人员可以在不脱离以下权利要求的精神和范围内对本发明作出各种修改。

Claims (3)

1．一种介电滤波器，包括：

排列在介电基片上表面上或介电块内部、彼此基本平行的多个谐振线；以及

形成在介电基片下表面上或介电块上表面上的外导体；

其中，多个谐振线中每个谐振线的两端或其两端附近的部分是开路的，至少其中一个谐振线的宽度尺寸在谐振线纵向的至少一个位置上被改变，形成台阶部分。

2．一种介电双工器，包括：

形成在单个介电盘上或单个介电块内的权利要求1所述的介电滤波器，用作每个发送侧滤波器和接收侧滤波器；

与发送侧滤波器的第一级谐振线耦合的信号发送输入端；

与接收侧滤波器的最末级谐振线耦合的信号接收输出端；以及

分别与发送侧滤波器的最末级谐振线和接收侧滤波器的第一级谐振线耦合的天线端。

3．一种通信设备，包括权利要求1所述的介电滤波器和权利要求2所述的介电双工器其中之一。

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